用于冷冻等分器的机器人末端执行器以及从生物样本中取出冷冻等分试样的方法技术

一种用于从多个容器中的一批冷冻样本收集冷冻等分试样的机器人末端执行器具有用于从所述冷冻样本中取出冷冻样本芯的取芯钻头和适于从所述冷冻样本中提取冷冻样本芯的冷冻样本芯提取系统。填充水平检测系统适于检测所述冷冻样本的表面的位置。处理器适于接收来自所述填充水平检测系统的信号并且使用所述信号和关于所述冷冻样本芯提取系统的操作的信息来确定以下至少一者：(a)所述取芯钻头所获得的冷冻样本芯中所含有的材料量；以及(b)需要从特定冷冻样本获取以从所述冷冻样本获得预定量的材料的冷冻样本芯数目。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及用于在维持样本完整的同时从冷冻生物样本中取出冷冻等分试样的设备和方法，并且更明确地说，涉及用于确保从冷冻样本中取出的冷冻等分试样是适合分析的材料的设备和方法。
技术介绍
通常保存生物样本来支持广泛范围的生物医学和生物学研究，所述研究包括但不限于转化研究、分子医学和生物标志物发现。生物样本包括动物(包括人类)、植物、原生动物、真菌、细菌、病毒或其它生物起源的任何样本。举例来说，生物样本包括但不限于:生物体和/或与生物体分离或由生物体分泌的生物流体，例如血浆、血清、尿、全血、脐带血、其它基于血液的衍生物、脑脊液、粘液(来自呼吸道、宫颈)、腹水、唾液、羊水、精液、泪水、汗液、任何来自植物的流体(包括树液)；细胞(例如，动物、植物、原生动物、真菌或细菌细胞)，包括软层细胞；细胞裂解液、均浆或悬浮液；微粒体；细胞器(例如，线粒体)；核酸(例如，RNA、DNA)，包括染色体DNA、线粒体DNA和质粒(例如，种子质粒)；悬浮液或溶液中的小分子化合物(例如，DMSO中的小分子化合物)；以及其它基于流体的生物样本。生物样本还可包括植物、植物的一部分(例如，种子)和组织(例如，肌肉、脂肪、皮肤等)。 生物银行通常将这些有价值的样本储存在容器(例如，管子、小瓶等)中并且将它们冷藏(例如，放在使用液氮或液氮以上的气相的处于-80摄氏度或更低的冷冻箱中)来将冷冻样本的生化组分和完整性保存得尽可能接近于体内状态以有助于对样本进行准确的可再现分析。 有时可能需要对已被冷冻的样本进行一个或多个测试。举例来说，研究员可能想要对具有某些特征的一组样本执行测试。特定样本可能含有足够的材料来支持许多不同测试。为了节省资源，通常从较大的冷藏样本(有时称为母样本)中取出称为等分试样的较小样本以供在一个或多个测试中使用，所以母样本的剩余部分将可用于将来的一个或多个不同测试。 生物银行已经采用不同方式来解决这种需要以提供样本等分试样。一种选择是大体积冷冻样本，在需要等分试样时将其解冻，并且接着将母样本的任何剩余部分重新冷冻以供在冷藏状态下储存，直到将来需要等分试样为止。这种选择充分使用冷冻储存空间；但是，这种效能是以样本质量为代价换来的。再三地将样本暴露到冷冻/解冻循环会使样本的临界生物分子(例如，RNA)降解以及破坏生物标志物，任何一者都可能会危及使用从受到破坏的样本获得的数据进行的任何研究的结果。 另一种选择是大体积冷冻样本，在需要等分试样时将其解冻，将母样本的剩余部分细分为小体积以制备额外等分试样以供将来测试，并且接着将这些较小体积的等分试样重新冷冻以单独地冷藏每个等分试样，直到需要用于将来测试为止。这种方法限制了样本所经受的冷冻/解冻循环的数目，但是存在与冷冻储存空间的较大容积、劳力和保存冷藏等分试样所需要的样本容器(例如，管子、小瓶等)的较大库存相关联的额外费用。此外，即使有限数目的冷冻/解冻循环也能使等分试样降级或受到破坏。 又一种方法是在第一次冷冻之前将大体积样本分成较小体积的等分试样。这种方法可以将样本可能受到的冷冻解冻循环的数目限制为仅一次；但是，对于这种方法，存在与劳力、冷冻储存空间和样本容器库存需求的成本相关联的缺点。 美国授权前公布第20090019877号公开了一种用于在不解冻原始(母)样本的情况下从冷冻生物样本中提取冷冻样本芯的系统，所述美国授权前公布的内容以引用的方式并入本文中。所述系统使用包括中空取芯钻头的钻子来从原始母样本中取出冷冻芯样本而无需解冻母样本。钻子所获得的冷冻样本芯被用作测试的等分试样。在移除冷冻芯之后，将样本的剩余部分放回到其原始容器中进行冷冻储存，直到将来需要来自母样本的另一个等分试样来进行测试为止。 本专利技术的专利技术人已经开发出了使用在不解冻样本的情况下从冷冻样本提取冷冻样本芯的系统来改善从冷冻样本提供冷冻等分试样的能力的系统和方法，其将在下文中进行描述。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是一种用于从一批冷冻样本收集冷冻等分试样的机器人末端执行器，其中所述冷冻样本容纳在多个容器中，并且每个冷冻样本具有与所述容器的底部间隔开的表面。所述机器人末端执行器包括取芯钻头，其用于从所述冷冻样本取出冷冻样本芯。冷冻样本芯提取系统适于以从所述冷冻样本中提取冷冻样本芯的方式相对于所述冷冻样本移动所述取芯钻头。所述执行器还具有填充水平检测系统，其适于检测所述冷冻样本的所述表面的位置。处理器适于接收来自所述填充水平检测系统的信号并且使用所述信号和关于所述冷冻样本芯提取系统的操作的信息来确定以下至少一者:(a)所述取芯钻头所获得的冷冻样本芯中所含有的材料量；以及(b)需要从特定冷冻样本获取以从所述冷冻样本获得预定量的材料的冷冻样本芯数目。 本专利技术的另一个方面是一种用于从一批冷冻样本自动收集冷冻等分试样的冷冻等分器系统的填充水平检测系统，其中所述冷冻样本容纳在多个容器中，并且每个冷冻样本具有与所述容器的底部间隔开的表面。所述填充水平检测系统包括处理器以及以下至少一者:(a)成像系统以及适于朝向和远离所述冷冻样本中的一者移动所述成像系统的系统，其中所述处理器适于确定何时所述成像系统聚焦于所述冷冻样本的表面上并且使用关于当所述成像系统聚焦于所述冷冻样本的所述表面上时所述成像系统的位置的信息来确定所述冷冻样本的所述表面的位置；(b)探针、用于朝向和远离所述冷冻样本中的一者的表面移动所述探针的系统以及适于检测所述冷冻样本的所述表面与所述探针之间的接触的传感器，其中所述处理器适于使用来自所述传感器的信号和关于所述用于移动所述探针的系统的操作的信息来确定所述冷冻样本的所述表面的位置；以及(C)机器人末端执行器，其包括适于提升所述容器中的一者的抓爪和适于通过测量所述所提升的容器对所述末端执行器施加的力来检测所述所提升的容器的重量的传感器，其中所述处理器适于使用来自所述传感器的信号和关于所述容器中所含有的样本的信息来确定所述冷冻样本的所述表面的位置。 本专利技术的又一个方面是一种从容器中所含有的冷冻样本中取出冷冻等分试样的自动化方法。所述方法包括使用传感器来确定所述冷冻样本的与所述容器的底部间隔开的表面的位置并且向处理器输出指示所述表面的位置的信号。在所述处理器的引导下将取芯钻头的尖端机械式插入到所述冷冻样本中到达所述冷冻样本内的某个位置。将所述取芯钻头从所述冷冻样本中机械式缩回以获得冷冻样本芯，其中所述冷冻样本芯形成所述冷冻等分试样的至少一部分。所述方法包括通过使用关于所述样本的所述表面的位置和所述冷冻样本内的所述位置的信息确定所述冷冻等分试样是否至少含有预定最小体积的样本材料来确保所述冷冻等分试样至少包括所述预定最小体积的样本材料。 本专利技术的另一个方面是一种用于移动并称重容器的机器人末端执行器。所述机器人末端执行器包括框架、安装支架以及安装在所述安装支架上的抓爪组件。所述抓爪组件可操作以将含有样本材料的容器固持在悬挂位置中，使得所述抓爪组件承受所述容器和所述容器中的样本材料的重量。重量传感器连接到所述框架和安装支架。所述重量传感器适于输出指示通过所述重量传感器在所述框架与安装支架之间传送的力的量的信号。所述机器人末端执行器还包括锁定机构，其具有锁定元件。所述锁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从一批冷冻样本收集冷冻等分试样的机器人末端执行器，所述冷冻样本容纳在多个容器中，每个冷冻样本具有与所述容器的底部间隔开的表面，所述机器人末端执行器包括：取芯钻头，其用于从所述冷冻样本中取出冷冻样本芯；冷冻样本芯提取系统，其适于以从所述冷冻样本中提取冷冻样本芯的方式相对于所述冷冻样本移动所述取芯钻头；填充水平检测系统，其适于检测相应容器中含有多少样本材料；以及处理器，其适于接收来自所述填充水平检测系统的信号并且使用所述信号和关于所述冷冻样本芯提取系统的操作的信息来确定以下至少一者：(a)所述取芯钻头所获得的冷冻样本芯中所含有的材料量；以及(b)需要从特定冷冻样本获取以从所述冷冻样本获得预定量的材料的冷冻样本芯数目。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.26 US 13/359,3011.一种用于从一批冷冻样本收集冷冻等分试样的机器人末端执行器，所述冷冻样本容纳在多个容器中，每个冷冻样本具有与所述容器的底部间隔开的表面，所述机器人末端执行器包括: 取芯钻头，其用于从所述冷冻样本中取出冷冻样本芯； 冷冻样本芯提取系统，其适于以从所述冷冻样本中提取冷冻样本芯的方式相对于所述冷冻样本移动所述取芯钻头； 填充水平检测系统，其适于检测相应容器中含有多少样本材料；以及 处理器，其适于接收来自所述填充水平检测系统的信号并且使用所述信号和关于所述冷冻样本芯提取系统的操作的信息来确定以下至少一者:(a)所述取芯钻头所获得的冷冻样本芯中所含有的材料量；以及(b)需要从特定冷冻样本获取以从所述冷冻样本获得预定量的材料的冷冻样本芯数目。2.如权利要求1所述的机器人末端执行器，其中所述冷冻样本芯提取系统包括适于旋转所述取芯钻头的马达。3.如权利要求1-2中任一项所述的机器人末端执行器，其中所述取芯钻头具有纵轴，并且所述冷冻样本芯提取系统包括适于轴向移动所述取芯钻头的马达。4.如权利要求1-3中任一项所述的机器人末端执行器，其进一步包括适于将所述取芯钻头所取出的冷冻样本芯从所述取芯钻头推出的推出器，所述推出器能够在所述推出器延伸超过所述取芯钻头的远端所在的延伸位置与所述推出器未延伸超过所述取芯钻头的所述远端所在的缩进位置之间 移动。5.如权利要求4所述的机器人末端执行器，其中所述填充水平检测系统包括适于检测所述推出器与所述冷冻样本的所述表面之间的接触的传感器。6.如权利要求5所述的机器人末端执行器，其中所述传感器适于检测电特性的变化，其中所述变化同所述推出器与所述冷冻样本之间的接触相关联。7.如权利要求5所述的机器人末端执行器，其中所述推出器适于在所述推出器处于所述延伸位置并且所述机器人末端执行器被移动以使得所述推出器接触所述冷冻样本中的一者时由所述冷冻样本从所述延伸位置朝向所述缩进位置移动，所述传感器包括检测所述推出器朝向所述缩进位置移动的传感器。8.如权利要求1-4中任一项所述的机器人末端执行器，其中所述填充水平检测系统包括适于检测所述机器人末端执行器与冷冻样本的表面之间的接触的传感器。9.如权利要求1-8中任一项所述的机器人末端执行器，其中所述填充水平检测系统包括成像系统，其中所述处理器适于相对于冷冻样本的表面移动所述成像系统，确定何时所述成像系统聚焦于所述表面上，并且使用关于当所述成像系统聚焦于所述冷冻样本的所述表面上时所述成像系统的位置的信息来确定所述冷冻样本的所述表面的位置。10.如任一前述权利要求所述的机器人末端执行器，其中所述填充水平检测系统适于检测所述冷冻样本的所述表面的位置。11.一种用于从一批冷冻样本自动收集冷冻等分试样的冷冻等分器系统的填充水平检测系统，所述冷冻样本容纳在多个容器中，每个冷冻样本具有与所述容器的底部间隔开的表面，所述填充水平检测系统包括处理器以及以下至少一者: (a)成像系统以及适于朝向和远离所述冷冻样本中的一者移动所述成像系统的系统，其中所述处理器适于确定何时所述成像系统聚焦于所述冷冻样本的所述表面上并且使用关于当所述成像系统聚焦于所述冷冻样本的所述表面上时所述成像系统的位置的信息来确定所述容器中含有多少样本材料； (b)探针、用于朝向和远离所述冷冻样本中的一者的表面移动所述探针的系统以及适于检测所述冷冻样本的所述表面与所述探针之间的接触的传感器，其中所述处理器适于使用来自所述传感器的信号和关于所述用于移动所述探针的系统的操作的信息来确定所述冷冻样本的所述表面的位置；以及 (C)机器人末端执行器，其包括适于提升所述容器中的一者的抓爪和适于通过测量所述所提升的容器对所述末端执行器施加的力来检测所述所提升的容器的重量的传感器，其中所述处理器适于使用来自所述传感器的信号和关于所述容器中所含有的样本的信息来确定所述容器中含有多少样本材料。12.如权利要求11所述的填充水平检测系统，其中所述填充水平检测系统包括探针、用于朝向和远离所述冷冻样本中的一者的表面移动所述探针的系统、适于检测所述冷冻样本的所述表面与所述探针之间的接触的传感器以及适于使用来自所述传感器的信号和关于所述用于移动所述探针的系统的操作的信息来确定所述冷冻样本的所述表面的位置的处理器。13.如权利要求12所述的填充水平检测系统，其中所述探针包括适于将冷冻样本芯从所述取芯钻头推出的推出器。14.如权利要求13所述的填充水平检测系统，其中所述传感器包括适于检测同所述探针与所述冷冻样本的所 述表面之间的接触相关联的所述探针的移动的传感器。15.如权利要求12所述的填充水平检测系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布鲁威尔勒，S·索克汉瓦尔，C·康斯坦丁尼奥，M·罗森，T·巴斯克，
申请(专利权)人：克莱奥克斯特拉克特仪器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US